Δομική Ανάλυση και Εκτίμηση Ποσότητας Χάλυβα για Πέντε-Ατσάλι Πλαίσιο

Ακολουθεί μια δομική ανάλυση και μια εκτίμηση χωρητικότητας χάλυβα για την περιγραφόμενη κατασκευή πέντε{0}}ορόφων χαλύβδινου πλαισίου

---

 

 

 

Για να πραγματοποιηθεί μια ουσιαστική ανάλυση φορτίου, υιοθετούνται οι ακόλουθες εύλογες παραδοχές (συνήθεις για δομές υποστήριξης ελαφριάς βιομηχανίας ή κοινής ωφελείας):

Νεκρό φορτίο δαπέδου (DL): 1,0 kN/m²
(Περιλαμβάνει καταστρώματα, φινιρίσματα, μηχανικά/ηλεκτρικά, εάν υπάρχουν, και το ίδιο το βάρος των δευτερευόντων μελών-το κύριο βάρος δοκού-θα προστεθεί ξεχωριστά.)

Ζωντανή φόρτωση (LL): 2,0 kN/m²
(Τυπικό για ελαφριά αποθήκευση ή πρόσβαση στη συντήρηση. Προσαρμόστε εάν προορίζεται διαφορετική χρήση.)

Νεκρό φορτίο στέγης: 0,8 kN/m²

Ζωντανό φορτίο οροφής / φορτίο χιονιού: 1,0 kN/m²

Φορτίο ανέμου: Δεν διανέμεται ανά όροφο εδώ. πλευρική αντίσταση που αντιμετωπίζεται με στήριγμα (αναλύεται χωριστά).

 

Γεωμετρία κόλπου:

Κάθε εγκάρσιο πλαίσιο είναιπλάτος 1,6 μ.

Διαμήκης απόσταση μεταξύ των πλαισίων: 5 θέσεις → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Έτσι, κάθε "πάνελ δαπέδου" που υποστηρίζεται από δοκούς έχει εμβαδόν =1,6 m × πλάτος κόλπου.

Φώτα πορείας (Π10×22)τρέξιμοκατά μήκος, συνδέοντας τα 6 εγκάρσια πλαίσια σε κάθε επίπεδο. Επομένως, κάθε δοκός υποστηρίζει το μισό πλάτος του παραπόταμου από γειτονικούς κόλπους-αλλά επειδή η δομή είναι μόνοΣυνολικό πλάτος 1,6 μ, υπάρχουν αποτελεσματικάδύο ακραίες δοκοίυποστηρίζοντας όλο το πλάτος 1,6 m (ή μια κεντρική δοκό με πρόβολους). Για απλότητα, υποθέτουμεδύο διαμήκεις δοκούς, κάθε μεταφοράΠλάτος παραπόταμου 0,8 m.

Ωστόσο, δεδομένου του στενού πλάτους (1,6 m), είναι πιο πρακτικό να μοντελοποιήσετε το σύστημα δαπέδου ωςμια ενιαία λωρίδαόπου οι δύο διαμήκεις δοκοί W10×22 λειτουργούν ωςδοκοί άκρωνυποστηρίζοντας μια πλατφόρμα πλάτους 1,6 m.

Ετσι,επιφάνεια παραπόταμου ανά δοκό ανά κόλπο = 0,8 m × μήκος κόλπου.

Αν δεν ήτανυπολογισμός φορτίου στήλης, θεωρούμε τοσυνολικό φορτίο ανά εγκάρσιο πλαίσιο.

---

 

Κάθε εγκάρσιο πλαίσιο (σε μια δεδομένη διαμήκη θέση) υποστηρίζει:

Η μισή περιοχή του κόλπου στα αριστερά του + η μισή περιοχή στα δεξιά του.

Για εσωτερικά κουφώματα (Πλαίσια 2–5):

Μήκος παραπόταμου=(αριστερός κόλπος + δεξιός κόλπος) / 2

Για τελικά πλαίσια (Πλαίσιο 1 και Πλαίσιο 6):

Μήκος παραπόταμου=παρακείμενος κόλπος / 2

Πλαίσιο #	Left Bay (m)	Right Bay (m)	Μήκος παραπόταμου (m)	Παραποτάμια έκταση ανά όροφο (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Σημείωμα: Συνολική περιοχή=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Πλήρης κάτοψη=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Συνεπής.

---

 

 

Νεκρό φορτίο (DL)= 1.0 kN/m²

Ζωντανή φόρτωση (LL)= 2.0 kN/m²

Συνολικό μη παραγοντωτό φορτίο= 3.0 kN/m²

Πλαίσιο #	Έκταση (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Συνολικό φορτίο ανά όροφο (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Επιπλέον,αυτο-βάρος των κυρίων δοκώνπρέπει να περιλαμβάνονται στα φορτία στηλών.

Β10×22 βάρος=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Κάθε πλαίσιο συνδέεται μεδύο τμήματα δοκού(αριστερά και δεξιά)

Μήκη τμήματος δοκού=πραγματικά μήκη αυλακιού

Παράδειγμα για το πλαίσιο 3:

Αριστερή περιοχή=5.6 m → βάρος δοκού=0.321 × 5.6=1.80 kN

Δεξί κόλπο=2.8 m → βάρος δοκού=0.321 × 2.8=0.90 kN

Συνολικό βάρος δέσμης αυτο-παραπόταμου στο πλαίσιο 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Στην πραγματικότητα,Το βάρος της δοκού υποστηρίζεται πλήρως από κολώνες στα άκρα, έτσι κάθε στήλη σε ένα πλαίσιο φέρειτο ήμισυ του βάρους κάθε διπλανής δοκού.

Ετσι,πρόσθετο κατακόρυφο φορτίο από δοκούς ανά πλαίσιο ανά όροφο:=0.5 × (αριστερό μέρος + δεξιά θέση) × 0,321 kN/m

Υπολογίστε για κάθε πλαίσιο:

Πλαίσιο	Παρακείμενοι κόλποι (m)	Συνολικό παρακείμενο μήκος (m)	Δοκός Αυτοκινήτου-Βάρος (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Προσθέστε αυτό στα προηγούμενα σύνολα:

 

Συνολικό κατακόρυφο φορτίο ανά πλαίσιο ανά τυπικό όροφο (Επίπεδα 1–4):

Πλαίσιο	Φορτίο περιοχής (kN)	+ Βάρος δοκού (kN)	Σύνολο ανά όροφο (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

---

 

 

Οροφή DL=0.8 kN/m²

Στέγη LL=1.0 kN/m²

Σύνολο=1.8 kN/m²

Φορτίο οροφής με βάση την περιοχή- ανά πλαίσιο:

Πλαίσιο	Έκταση (m²)	Οροφή DL (kN)	Οροφή LL (kN)	Μερικό σύνολο (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Προσθέστε το ίδιο βάρος δοκού-(οι δοκοί εξακολουθούν να υπάρχουν στην οροφή):

Συνολικό φορτίο στέγης ανά πλαίσιο:

Πλαίσιο	Φορτίο επιφάνειας οροφής (kN)	+ Βάρος δοκού (kN)	Συνολική στέγη (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

---

 

 

Υποθέτοντας ότι όλοι οι όροφοι είναι πανομοιότυποι (Επίπεδα 1-4) και η οροφή με το Επίπεδο 5:

Πλαίσιο	Φορτίο/Δάπεδο (kN)	×4 Όροφοι	Στέγη (kN)	Συνολικό φορτίο στήλης (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5 kN

Σημείωμα: Αυτά είναιμη παραγοντικά φορτία υπηρεσιών. Για σχεδιασμό, χρησιμοποιήστε συνδυασμούς LRFD (π.χ. 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Φορτία βαρύτηταςμεταφέρονται από το κατάστρωμα πλάτους 1,6 m σε διαμήκεις δοκούς W10×22, στη συνέχεια σε κολώνες W8×24 σε καθένα από τα 6 πλαίσια.

Μέγιστο αξονικό φορτίο στήληςεμφανίζεται στα πλαίσια 2 και 5 (~133 kN χωρίς παραγοντισμό).

Πλευρική σταθερότηταπαρέχεται από:

Κατακόρυφη στήριξη X- (L3×3×1/4) σε τουλάχιστον ένα κοίλωμα (π.χ. 2,8 m κεντρικό κόλπο).

Οριζόντια στήριξη (C9×20) στην οροφή (και πιθανώς σε άλλα επίπεδα) για τη διαφράγματος πλευρικές δυνάμεις σε ενισχυμένα πλαίσια.

Η δομή είναιστατικά καθορισμένα στη βαρύτητα, καιαγκυροβολημένη-συμπεριφορά πλαισίουδιέπει την πλευρική απόκριση.

Σύσταση: Πραγματοποιήστε μια τρισδιάστατη δομική ανάλυση (π.χ. χρησιμοποιώντας SAP2000, ETABS ή STAAD.Pro) για να επαληθεύσετε τις χωρητικότητες των μελών, τη μετατόπιση και τις δυνάμεις σύνδεσης υπό συνδυασμένη φόρτιση σύμφωνα με το AISC 360 και τους τοπικούς οικοδομικούς κώδικες.

---

Τέλος ανάλυσης.

 

Προσαρμόσιμες περιοχές:Χιλή, Φιλιππίνες, Νέα Κρηδόνια, Τόνγκα, Παρθένοι Νήσοι, Νησί Ρεϋνιόν, Περού...

Εφαρμογές: Δομικά εξαρτήματα για αποθήκευση, αποθήκευση, logistics, ράφια μηχανημάτων και άλλους ειδικούς σκοπούς

Αριθμός ιστοριών: 5

Συνολικό ύψος: 12,2 m → μέσο ύψος ιστορίας=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Πλάτος κτιρίου (μικρή κατεύθυνση): 1.6 m

Μήκος κτιρίου (μεγάλη κατεύθυνση): 25.2 m

Θήκες πλαισίων (εγκάρσια πλαίσια): 6 καρέ σε απόσταση [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] κατά μήκος του μήκους 25,2 m
→ Συνολικό άθροισμα αποστάσεων=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (συνεπές)

Πρωτοβάθμια μέλη:

Στήλες: W8×24 (ανά ASTM A992 ή ισοδύναμο)

Κύριοι δοκοί (δοκοί): Π10×22

Οριζόντια στήριξη: C9×20 (τμήμα καναλιού)

Κατακόρυφη (ιστορία) στήριγμα: L3×3×1/4 (ίση-γωνία ποδιού)

 

Η δομή είναι ένα πλαίσιο αντίστασης στιγμής-που σταθεροποιείται πλευρικά με διαγώνια στήριξη τόσο σε οριζόντια όσο και σε κατακόρυφα επίπεδα.

Διαδρομή φορτίου βαρύτητας:
Τα φορτία δαπέδου (νεκρό + ενεργό) μεταφέρονται μέσω του συστήματος δαπέδου (δεν περιγράφεται αναλυτικά εδώ) στους κυρίους δοκούς (Π10×22), στη συνέχεια στις κολώνες (Β8×24). Δεδομένου του στενού πλάτους (1,6 m), είναι πιθανό ότι οι κύριες δοκοί εκτείνονται εγκάρσια (1,6 m) και στηρίζονται από κολώνες ευθυγραμμισμένες κατά την κατεύθυνση των 25,2 m. Ωστόσο, δεδομένης της τυπικής πρακτικής και του χαρακτηρισμού μέλους, είναι πιο εύλογο ότι:

Οοι κύριες δοκοί κινούνται κατά μήκος(κατεύθυνση 25,2 m), υποστηρίζεται από εγκάρσια πλαίσια που απέχουν ανά ~5–6 m.

Αλλά με μόνο 1,6 m πλάτος, αυτό υποδηλώνει αμονή-στενή δομή, πιθανώς μια γέφυρα, θόλος ή πλαίσιο στήριξης εξοπλισμού.

Δεδομένης της γεωμετρίας (1,6 m πλάτος × 25,2 m μήκος × 12,2 m ύψος), αυτό φαίνεται να είναιγραμμικό πλαίσιο(π.χ. μια δομή στήριξης για επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας ή ένας διάδρομος), με 6 εγκάρσια πλαίσια (το καθένα πλάτους 1,6 m) σε απόσταση κατά μήκος 25,2 m.

Ετσι:

Κάθεεγκάρσιο πλαίσιοαποτελείται από δύο κολώνες (ύψος=2.44 m ανά όροφο × 5=12.2 m σύνολο) και δοκούς σύνδεσης σε κάθε επίπεδο.

Κύρια δοκάρια(W10×22) πιθανή εκτέλεσηκατά μήκος, συνδέοντας τα εγκάρσια κουφώματα σε κάθε επίπεδο ορόφου.

Στηρίζων:

Οριζόντια στήριξη(C9×20) σε οροφή και πιθανώς ενδιάμεσα επίπεδα για μεταφορά πλευρικών φορτίων σε ενισχυμένα κουφώματα.

Κατακόρυφη (ιστορική) στήριξη(L3×3×1/4) σε έναν ή περισσότερους κόλπους για παροχή πλευρικής ακαμψίας έναντι ανέμων/σεισμικών φορτίων.

 

 

Βάρη μονάδων (από το Εγχειρίδιο AISC):

W8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

W10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: βάρος ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (υπολογισμένο από την περιοχή ≈ 1,44 in²)

---

Α. Στήλες

Αριθμός εγκάρσιων πλαισίων: 6

Κάθε πλαίσιο έχει 2 στήλες (υποθέτοντας ορθογώνιο πλαίσιο)

Σύνολο στηλών=6 × 2=12

Ύψος ανά στήλη=12.2 m

Συνολικό μήκος στήλης=12 × 12.2=146.4 m

Βάρος χάλυβα στήλης=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226 κιλά

 

Β. Κύρια δοκάρια (Διάμηκες δοκοί)

Υποθέτοντας δοκούς σε καθένα από τα 5 επίπεδα ορόφου που εκτείνονται σε όλο το μήκος 25,2 m, καιδύο δοκάρια ανά επίπεδο(συν 6 από το πλάτος 1,6 m):

Δοκοί ανά επίπεδο=2

Επίπεδα=5

Συνολικό μήκος δοκού=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Βάρος χάλυβα δοκού=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 κιλά

Σημείωση: Εάν η δομή χρησιμοποιεί μόνο μία κεντρική δοκό ή διαφορετική διαμόρφωση, προσαρμόστε ανάλογα. Αυτό προϋποθέτει περιμετρικό πλαίσιο.

 

Γ. Οριζόντια στήριξη (C9×20)

Συνήθως εγκαθίσταται στο επίπεδο της οροφής και πιθανώς σε ενδιάμεσους ορόφους. Υποθέτω:

Μία οριζόντια στρώση στήριξης στην οροφή (κάτοψη στήριξης που σχηματίζει X ή μονή διαγώνιο ανά πίνακα)

Πάνελ μεταξύ πλαισίων: 5 πίνακες (μεταξύ 6 πλαισίων)

Διαγώνιο μήκος ανά πλαίσιο ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (για θέσεις 5,6 m). για κόλπο 2,8 m: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

ΥποθέτωX-στήριγμα σε ένα μόνο κόλπο(ελάχιστο για σταθερότητα), π.χ. στον κεντρικό κόλπο 2,8 m:

Διαγώνιες στην οροφή: 2 × 3.22=6.44 m

Πιθανώς επίσης στο επίπεδο του εδάφους ή στο ενδιάμεσο: υποθέστε 3 επίπεδα με στήριγμα → 3 × 6.44=19.3 m

Συνολικό μήκος C9×20 ≈ 20 m (συντηρητικό)

Βάρος=20 m × 29,8 kg/m ≈596 κιλά

Εάν χρησιμοποιείται πλήρης οριζόντια ράβδος σε κάθε επίπεδο, η ποσότητα αυξάνεται σημαντικά. Αυτή είναι μια ελάχιστη εκτίμηση. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν οριζόντιες βάσεις σε κάθε θέση, οπότε η πραγματική χρήση θα είναι πολύ μεγαλύτερη.

 

Δ. Κάθετη (Ιστορία) Στήριγμα (L3×3×1/4)

Υποθέτωένας κολυμβητικός κόλποςκατά μήκος (π.χ., μεταξύ του καρέ 3 και 4, κατά μήκος του κόλπου 2,8 m) με X-στήριγμα σε κάθε ιστορία.

Αριθμός ιστοριών=5 → 5 πίνακες στήριξης

Ύψος πίνακα=2.44 m, πλάτος=2.8 m

Διαγώνιο μήκος ανά πλαίσιο=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Δύο διαγώνιοι ανά πλαίσιο (X-brace) → 2 × 3.71=7.42 m ανά ιστορία

Συνολικό μήκος=5 × 7.42=37.1 m

Βάρος=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 κιλά

Εάν υπάρχουν πολλές βάσεις, πολλαπλασιάστε αναλόγως.

---

 

 

Συστατικό	Βάρος (kg)
Στήλες (Π8×24)	5,226
Κύρια δοκάρια (Π10×22)	9,810
Οριζόντια στήριξη (C9×20)	596
Κάθετη στήριξη (L3×3×1/4)	271
Σύνολο (περίπου)	15.903 κιλά

≈ 15,9 μετρικούς τόνους

Σημείωση: Αυτό εξαιρεί συνδέσεις, πλάκες βάσης, δευτερεύοντα μέλη ή καταστρώματα. Το πραγματικό βάρος κατασκευής μπορεί να είναι 10–15% υψηλότερο λόγω των λεπτομερειών σύνδεσης και των απορριμμάτων.

---

 

 

Λεπτότητα: Οι στήλες W8×24 (d ≈ 8 in, A ≈ 7,08 in²) πάνω από 12,2 m μη στηριγμένο ύψος μπορεί να είναι λεπτές. Ο πραγματικός συντελεστής μήκους (K) εξαρτάται από τις τελικές συνθήκες. Για καρφιτσωμένα-καρφιτσωμένα, τα KL/r ενδέχεται να υπερβαίνουν τα όρια εκτός εάν είναι αγκυρωμένα.Το κάθετο στήριγμα είναι απαραίτητογια να μειωθεί το πραγματικό μήκος της στήλης.

Άνοιγμα δοκού: W10×22 πάνω από 5,6 m (εάν οι δοκοί εκτείνονται εγκάρσια μεταξύ των πλαισίων) είναι λογικό για ελαφρά φορτία. Αλλά εάν οι δοκοί εκτείνονται συνεχώς 25,2 μέτρα, η παραμόρφωση και η αντοχή θα ήταν ανεπαρκείς-επομένως, η υποτιθέμενη διαμόρφωση (δοκοί ως διαμήκεις περιφέρειες μεταξύ των εγκάρσιων πλαισίων) είναι πιο εύλογη.

Πλευρική σταθερότητα: Παρέχεται από το συνδυασμό κάθετης στήριξης X-(αντίστασης στον άνεμο/σεισμικό) και οριζόντιας στήριξης (δράση διαφράγματος).

Υποθέσεις Φορτίου: Χωρίς συγκεκριμένα νεκρά/ζωντανά φορτία/άνεμο, αυτή είναι μια προκαταρκτική εκτίμηση. Απαιτείται λεπτομερής σχεδιασμός ανά AISC 360.

---

 

Σύναψη
Ο περιγραφόμενος ατσάλινος σκελετός είναι ένα στενό, πολυώροφο πλαίσιο με νάρθηκες με εκτιμώμενη χωρητικότητα χάλυβαπερίπου 15,9 μετρικούς τόνους. Το δομικό σύστημα βασίζεται σε διαγώνιο στήριγμα για πλευρική σταθερότητα και τα μεγέθη των μελών φαίνονται επαρκή για ελαφριά-έως-μέτρια φόρτιση, με την προϋπόθεση ότι η σωστή στήριξη μειώνει τα ενεργά μήκη της στήλης. Συνιστάται μια πλήρης δομική ανάλυση που περιλαμβάνει συνδυασμούς φορτίων, σχεδιασμό σύνδεσης και ελέγχους λειτουργικότητας πριν από την κατασκευή.